Пульсарный толчок — это название явления, которое часто заставляет нейтронную звезду двигаться с другой, обычно существенно большей скоростью , чем ее звезда -предшественница . Причина пульсарных толчков неизвестна, но многие астрофизики полагают, что это должно быть связано с асимметрией взрыва сверхновой. Если это правда, это дало бы информацию о механизме сверхновой.
Сегодня общепризнано, что средний толчок пульсара составляет от 200 до 500 км/с. Однако некоторые пульсары имеют гораздо большую скорость. Например, сообщалось , что сверхскоростная звезда B1508+55 имеет скорость 1100 км/с и траекторию, выводящую ее из галактики . Чрезвычайно убедительный пример толчка пульсара можно увидеть в туманности Гитара, где наблюдалась ударная волна, созданная пульсаром, движущимся относительно туманности остатка сверхновой, и подтверждается скорость 800 км/с. [1]
Особый интерес представляет вопрос о том, имеет ли величина или направление толчка пульсара какую-либо корреляцию с другими свойствами пульсара, такими как ось вращения, магнитный момент или напряженность магнитного поля . На сегодняшний день не было обнаружено корреляции между напряженностью магнитного поля и величиной толчка. Однако существуют некоторые разногласия по поводу того, наблюдалась ли корреляция между осью вращения и направлением толчка. В течение многих лет считалось, что никакой корреляции не существует. При изучении пульсаров Vela и Crab были обнаружены струи, которые, как полагают, выровнены с осью вращения пульсара. Поскольку эти струи очень близко выровнены с ударной волной, а также с непосредственно измеренной скоростью пульсаров, это считается убедительным доказательством того, что эти пульсары имеют толчки, выровненные с их осью вращения. Также можно измерить ось вращения пульсара, используя поляризацию его излучения , и недавнее исследование 24 пульсаров обнаружило сильную корреляцию между поляризацией и направлением толчка. Однако такие исследования всегда были сопряжены с трудностями, поскольку неопределенности, связанные с измерением поляризации, очень велики, что делает корреляционные исследования затруднительными.
Существует вероятность того, что распределение скоростей удара является бимодальным . Убедительное доказательство этой возможности исходит из «проблемы удержания нейтронной звезды». Большинство шаровых скоплений в Млечном Пути имеют скорость убегания менее 50 км/с, так что немногие пульсары должны испытывать трудности с убеганием. Фактически, с прямым измерением распределения скоростей удара мы могли бы ожидать, что останется менее 1% всех пульсаров, рожденных в шаровом скоплении. Но это не так — шаровые скопления содержат много пульсаров, некоторые из которых превышают 1000. Число можно несколько улучшить, если позволить части импульса удара быть переданной парному партнеру. В этом случае, возможно, 6% должны выжить, но этого недостаточно, чтобы объяснить расхождение. Это, по-видимому, подразумевает, что некоторая большая группа пульсаров практически не получает удара вообще, в то время как другие получают очень большой удар. Было бы трудно увидеть это бимодальное распределение напрямую, потому что многие схемы измерения скорости устанавливают только верхний предел скорости объекта. Если верно, что некоторые пульсары получают очень слабые толчки, это может дать нам представление о механизме толчков пульсаров, поскольку полное объяснение должно предсказать такую возможность.
Было предложено много гидродинамических теорий, все из которых пытаются объяснить асимметрию в сверхновой с помощью конвекции или механической нестабильности в предсверхновой звезде. Возможно, самой простой для понимания является «сверхстабильная g-мода». В этой теории мы сначала предполагаем, что ядро слегка смещено в сторону, от центра звезды. Это увеличивает давление в близлежащих кремниевых и кислородных оболочках звезды. Поскольку скорость ядерных реакций в этих оболочках очень чувствительно зависит от давления, дополнительное давление приводит к большому высвобождению энергии, и ядро отталкивается в другую сторону. Это, в свою очередь, добавляет большее давление с другой стороны, и мы обнаруживаем, что ядро начинает колебаться . Было показано, что многие такие моды сверхстабильны в тяжелых звездах, то есть небольшое возмущение становится большим с течением времени. Когда звезда взрывается, ядро имеет дополнительный импульс в некотором направлении, который мы наблюдаем как толчок. Было высказано предположение, что гидродинамические модели могут объяснить бимодальное распределение посредством « сценария дихотомического толчка», в котором оболочка предсверхновой звезды «крадется» двойным компаньоном, что гасит механическую нестабильность и, таким образом, уменьшает результирующий толчок.
Существует два основных сценария нейтринного толчка, полагающихся на нарушение четности нейтринных взаимодействий для объяснения асимметрии в распределении нейтрино. Первый использует тот факт, что в присутствии магнитного поля направление, в котором нейтрино рассеивается от ядра, смещено в некотором направлении. Таким образом, если бы испускание нейтрино произошло в присутствии сильного магнитного поля, мы могли бы ожидать, что средний дрейф нейтрино каким-то образом выровняется с этим полем, и, таким образом, результирующий взрыв будет асимметричным. Основная проблема этой теории заключается в том, что для достаточной асимметрии теории требуются поля порядка 10 15 Гс , намного более сильные, чем ожидается в тяжелой звезде. Другая теория, основанная на нейтрино, использует тот факт, что поперечное сечение рассеяния нейтрино слабо зависит от силы окружающего магнитного поля. Таким образом, если магнитное поле само по себе анизотропно, то могут быть темные пятна, которые по сути непрозрачны для нейтрино. Однако для этого требуется анизотропия порядка 1016 Гс, что еще более маловероятно.
Последнее основное предложение известно как сценарий электромагнитной ракеты. В этой теории мы предполагаем, что магнитный диполь пульсара находится вне центра и вне оси вращения пульсара. Это приводит к асимметрии в величине дипольных колебаний, как видно сверху и снизу, что, в свою очередь, означает асимметрию в излучении излучения . Затем давление излучения медленно уносит пульсар прочь. Обратите внимание, что это постнатальный толчок, и он не имеет ничего общего с асимметрией в самой сверхновой. Также обратите внимание, что этот процесс крадет энергию из вращения пульсара, и поэтому основным наблюдательным ограничением теории является наблюдаемая скорость вращения пульсаров по всей галактике. Главным бонусом этой теории является то, что она фактически предсказывает корреляцию спин-толчок. Однако есть некоторые разногласия относительно того, может ли это генерировать достаточно энергии, чтобы объяснить весь диапазон скоростей толчка.
Большие расстояния над галактической плоскостью, достигаемые некоторыми двойными звездами, являются результатом толчков звездных черных дыр . Распределение скоростей толчков черных дыр, по-видимому, похоже на распределение скоростей толчков нейтронных звезд. Можно было бы ожидать, что импульсы будут такими же, поскольку черные дыры получают меньшую скорость, чем нейтронные звезды, из-за их большей массы, но, похоже, это не так. [2] [3]
Исследование 2023 года показало, что на основе численного моделирования столкновения с высокой энергией предел для толчков ЧД составляет около 10% от скорости света. [4] [5]
Удар пульсара со скоростью 1100 км/с